第一章緒論1.1課題的研究背景及目的1.1.1課題的來源本次課題由學校老師提供，屬于學校和武漢經開某園區的某工廠共同研究的課題。基于國外的零件圖紙設計零件的加工工藝和夾具的設計。1.1.2課題的研究目的及意義電阻點焊鉗主要由變壓器、氣缸和鉗體構成，X型和C型的變壓器和氣缸部分的結構基本是完全相同的，只有鉗體部分不同，本論文主要描述的是XP型電阻點焊鉗的動臂座。電阻點焊鉗的電極是必不可少的一部分，主要起到了傳輸焊接電流、加熱及散熱的作用。然而帶電極極容易出現變形等問題，提升焊鉗的使用壽命最重要的形式之一就是延長電極的使用壽命。那么就可以使用新的合金或者使用氧化鋁強化銅電極等方式。而焊鉗在工作時，電極在一個焊接完成后，會帶動焊臂移動到下一個焊點，其可以保證焊接工藝的穩定性，使焊接過程中無飛濺，使得整個焊接過程穩定、可靠。同時，因為電阻點焊鉗在使用時既要通電還要通水，所以對其材料也有很高的要求。實物的臂座的材料使用了黃銅（H62），但H62的導電率較低（約為27%IACS（國際退火銅標準）），所以在我們自己設計時，可能會選用導電率高一些的材料，再將這些材料經過適當的處理，之后它們的力學性能也可能會有一定的提升。電阻點焊鉗在汽車制造領域的應用十分廣泛。一般一臺汽車有一萬到一萬六千個焊點。電阻點焊鉗在汽車制造領域有很重要的地位。XP型電阻點焊鉗一般焊接汽車底盤。圖1-1電阻點焊鉗動、靜臂座與液壓傳動焊鉗相比較，電阻點焊鉗擁有無污染、壓力穩定等優點。其動、靜臂座部分結構可見圖1-1（黃色部分的結構起防塵作用）。本次畢業設計基于國外的設計圖紙，利用三維軟件繪制出零件和毛坯的三維圖形，還需要設計零件加工的相關工序的夾具設計，最后利用三維軟件生成二維圖紙。我們有幸去經開某工廠參觀見識了實物，簡單的了解了一些相關知識，對本次的課題的實物有了更直觀的了解。而完成本次課題最重要的目的是為了此焊鉗能夠國產化，即在國內可以自主生產。1.2研究現狀國內現在很多工廠會用到這款焊鉗，但國內投入使用的焊鉗都是從國外進口的，國內本身是無法生產此焊鉗的。其實早在20世紀90年代就有相關零件，但因為沒有真正掌握關鍵的設計和制造技術，所以目前國內投入使用的焊鉗都是進口的。電阻點焊技術的發展經歷了單相工頻交流電焊機、支流脈沖電焊機、三相低頻電焊機、次級整流式及電容儲能式點焊機的過程，80年代中期又出現了逆變式電焊機。日本、美國等國家先后推出逆變式電阻點焊機產品，并應用于汽車、家電等行業。國外電阻點焊技術較為成熟的公司有法國ARO、德國NIMAK、意大利FASE等。1.3柔性工藝實際上，在以往的課程里，我們接觸到的柔性工藝的名稱是成組加工工藝。因為產品品種越來越多，但是大多數產品是中小批生產方式，相比較大批量生產的零件，中小批生產的零件生產周期較長，成本也較高，所以為了節約成本和減少生產周期，柔性工藝成為了一項重要的技術。圖1-2XP型電阻點焊鉗動臂座側視圖圖1-3XM型電阻點焊鉗動臂座側視圖由圖1-2和圖1-3可知，X型不同型號的動臂座只是尺寸上有一定的差距，整體的外形還是十分相似的，所以完全可以將它們歸并成組，并利用大致相同的方法來設計并生產。根據這種思想生產出來的夾具就可以用來生產同種類型的零件，就可以擴大生產數量，這樣就達到了節約生產成本和減短生產周期的目的。1.4課題的研究內容本次畢業設計分為兩大部分，第一是設計動臂座的加工工藝路線，第二是設計其中一道工序的夾具，并且需要用到柔性工藝，即成組加工工藝，也就是不論是XP、XM、XL哪一種型號的動臂座在同一種工序中可以盡量使用同一種夾具，這樣可以節約生產成本。同時，需要繪制出三維模型并且生成二維圖和工序圖。本課題的主要任務包括：1.撰寫開題報告、文獻綜述、外文翻譯；2.分析繪制零件圖；3.選用毛坯并繪制毛坯圖；4.制定出零件的加工工藝路線，且完成相關計算后繪制出零件的加工工藝流程圖等。因在校期間學習了PROE三維繪圖，所以本次零件以及夾具等的繪制會選用PROE完成。1.5研究方式在本次設計中，首先需要查閱眾多國內外資料，例如論文和書籍，以便了解電阻點焊鉗領域的現狀和發展趨勢，然后去到工廠研究實物，并聽取老師的講解，這樣便于后續的研究，獲得與設計有關的信息。然后，根據老師給的動臂的研究圖，具體的研究方式為：1.查閱資料，根據之前學過的內容，確定課題的切入方向；2.回憶并新學習PROE軟件；3.參考各種資料和相關書籍，借鑒以前做過的課程設計，提出初始的方案；4.根據老師的意見和建議和后續的計算來確定最后的方案；5.結合生產實際，盡量節省成本，并保證實用性。1.6選用PROE三維設計軟件的優勢設計者可以隨意勾畫草圖，修改也十分方便。PROE不像傳統的CAD，所有的數據資料均來自同一個庫，即不論是在哪一處發生了改動，都可以反應在整個設計過程中。相關性PROE的所有模塊都是相關的，任何改動，系統最后都會更新在文檔中，包括設計圖紙或者是裝配體。基于特征的參數化造型PROE使用用戶熟悉的特征作為產品的幾何模型的構造要素。這些可以是普通的機械對象，也可以是后續修改的。同時，PROE擁有龐大的標準間數據庫，為我們的制圖節省了非常多的時間成本。利用三維軟件可以快速的得到我們所需要的各個視圖，也便于修改，對完成畢業設計的幫助很大。三維柔性夾具具有經濟型、靈活性、精準性等優點，在焊接時，對提高焊接產品的精度和質量有很大的幫助，同時對縮短加工周期也起著很大的作用。三維軟件還有這仿真作用，也大大地節約了生產出夾具后的試錯時間，對后續的生產起到了很大的幫助。

第二章零件及毛坯三維建模及零件圖繪制2.1電阻點焊鉗動臂座PROE三維繪圖由圖2-1和2-2可知XP型和XM型動臂座的外形十分相似。本零件整體外觀上基本呈現堆成結構。總體而言建模的難度不算大，用PROE能夠將零件基本呈現出來。同時在使用PROE這一點上，為后續的毛坯和工程圖導出，尤其是夾具設計、運動仿真起到了極大的幫助。圖2-1XP型動臂座零件圖圖2-3XM型動臂座零件圖2.1.1繪制側壁繪制側壁，畫出草圖并拉伸，后鏡像，得到如圖2-3。圖2-3繪制側壁圖2-4繪制凸臺2.1.2繪制凸臺兩側壁之間連接，并在距離側板低端圓心處143.9mm處繪制與水平角度為17.5°得凸臺，如圖2-4。圖2-5繪制圓臺2.1.3繪制圓臺兩側外壁均有一圓臺，與側壁下方圓同心，直徑為40mm，如圖2-5。圖2-6繪制U型孔2.1.4繪制U型孔在后壁處有一U型孔，孔的直徑為40mm，如圖2-6。2.1.5繪制側壁小凸臺凸臺中心線與豎直方向分別呈25°與30°，如圖2-7。圖2-7繪制側壁小凸臺2.1.6繪制套筒在距離側壁底部圓的中心線208.2mm的位置建立一個與水平線呈10°的草圖界面，然后繪制出套筒的草圖，拉伸結果如圖2-8。圖2-8繪制套筒2.1.7繪制套筒上的孔在與套筒外側面距離18mm，與套筒中心線距離33mm處確定第一個孔的中心點，于第一個孔距離36mm處確定第二個孔的中心線，如圖2-9。圖2-9繪制套筒上的孔2.1.8繪制3mm槽在套筒頂部中間繪制寬度為3mm的槽，如圖2-10。圖2-10繪制槽最終零件圖為圖2-11。圖2-11XP型電阻點焊鉗動臂座第三章XP型焊鉗動臂座的加工工藝3.1XP型焊鉗動臂的工藝分析3.1.1XP型焊鉗動臂座的用途無論是手工焊槍還是自動焊槍，通常都設置有動臂和靜臂，而動臂通過動臂座與槍本體進行銷軸連接，靜臂通過靜臂座安裝在槍本體上。一般的，動臂座會受到焊接過程中動態載荷的沖擊，在滿足使用耐久性的前提條件下，動臂座的設計與制造工藝過程變的尤為重要。動臂座零件如圖3-1所示，即然是起到穩定支撐與連接作用，它一般位于焊接中間。此外，它還起到動力傳遞、導電、冷卻的作用。圖3-1焊鉗動臂座的實體零件動臂座與本體采用銷軸連接，銷軸是一類標準化的緊固件，被連接件主要用于兩零件的鉸接處，便于做相對運動。通過Ф50J7的孔與動臂連接，且以兩側臂內側Φ80端面和Φ20H7通孔與三角件連接。三角件有三個連接點，分別連接靜臂座、動臂座和本體，在連接的同時，滿足運動與穩定性要求。焊槍在工作過程中，需要較強的壓力和電流，一般電流范圍是7.8-10.0KA，壓力一般為2.0-3.5KN，這樣的壓力和電流范圍能滿足除熱成型材料的焊接加工。因此，動臂座的設計還要考慮多級氣缸壓力、同時要考慮到電流的傳導效率。考慮到材料的導電性，動臂座一般采用鉻鋯銅，這種材料既能保證足夠的強度，同時還具備良好的導電性能和散熱能力，但價格較昂貴。根據裝配實際，動臂座Φ50孔、兩側臂內側Φ80端面、Φ20H7通孔，這些部位的加工精度是工藝過程設計和加工環節需要重點關注的。3.1.2動臂座的技術要求動臂座的主要技術要求如下表3-1動臂座主要技術要求。表3-1動臂座主要技術要求序號加工表面尺寸及偏差/mm公差精度等級表面粗糙度/um形位公差/mm1Φ44孔端面Φ44IT11Ra6.32Φ50J7的孔Φ50J7IT7Ra1.63Φ40圓端面Φ40IT7Ra1.64Φ80內側端面Φ80IT7Ra1.65Φ28圓端面Φ28IT7Ra1.66Φ20H7的孔Φ20H7IT7Ra1.67左側Φ18的孔Φ18IT10Ra3.28Φ10的孔Φ10IT10Ra3.293mm圓筒槽3mmIT11Ra12.510右側Φ18的孔Φ18IT10Ra3.2112個G1/4螺孔G1/4IT10Ra3.212銑M10端面M10IT7Ra1.613M10螺紋孔M10IT10Ra3.214鉆Φ8的孔Φ8IT10Ra3.215鉆Φ4的孔Φ4IT10Ra3.2從3D造型可以看出，此零件為對稱性不規則零件，底座、Φ50J7通孔、Φ80mm圓端面、Φ40圓端面、Φ20H7的孔、Φ28圓端面等都與其他部件有裝配關系，精度要求較高，需要嚴格控制加工過程，保證加工精度。3.1.3動臂座的可制造性分析分析零件圖可知，底座、Φ50J7孔、Φ80mm圓端面、Φ20H7的孔這些與其他部件有裝配關系的表面，精度要求較高，其余表面或孔的加工精度要求不高。但總體來說精度要求比較經濟，一般的數控銑床、鉆床或者簡易加工中心就可以滿足零件的加工要求。從這點可以開出，零件可制造性較好。但因零件為非規則，對加工過程中夾具要求比較高，工藝路線較長，給尺寸鏈的控制帶來一定的挑戰，需要成熟的熟練技術工人才能完成加工，這也是此類國產零件市占率偏低的根本原因。3.1.4動臂座生產規模按照設計要求，此零件為中小批量生產，年產量較低。3.2毛坯設計與造型3.2.1毛坯材料的選擇根據在園區生產車間調查焊槍作業過程，在焊接作業過程中，電極臂及電極座需通以較高的電流，最高可達11KA，在焊接鈑金過程中會產生大量的熱量，熱量一部分經冷卻水帶走，也有一部分經電極和電極座表面散發，因而要求電極座具備較好的導電散熱性能。同時，動臂是焊接過程中對鈑金件施加壓力的直接對象，因而動臂座材料也要具備很好的強度和耐久性。綜合考慮以上因素，決定選擇鉻鋯銅作為動臂座材料。鉻鋯銅有良好的導電性，導熱性，硬度高，耐磨抗爆，抗裂性以及軟化溫度高，焊接時電極損耗少，焊接速度快，焊接總成本低，適合作為熔接焊機的電極有關管件，但對電鍍工件表現一般。它廣泛應用于汽車、摩托車、制桶(罐)等機械制造工業的焊接、導電嘴、開關觸頭、模具塊、焊機輔助裝置用各種物料，鉻鋯銅各項性能指標如下表3-2。導電率%IACS屈服強度MPa硬度HBS伸長率%抗拉強度MPa熱導率W/m?K軟化溫度℃75-85360-370130-13321425-435315480-500表3-2鉻鋯銅各項性能指標3.2.2毛坯尺寸設計毛坯的形狀和尺寸主要由零件組成表面的形狀、結構、尺寸及加工余量等因素確定的，并盡量與零件想接近，以達到減少機械加工的工作量，盡量減少切削加工。根據零件要求設計毛坯圖，結合該材料加工經驗，考慮鑄件尺寸公差，保留一定的毛坯余量，毛坯圖如下圖3-2、圖3-3，零件圖如圖3-4、圖3-1。圖3-2零件毛坯圖圖3-3毛坯三維圖圖3-4零件二維圖3.3動臂座工藝路線規劃設計3.3.1加工定位基準設計結合動臂座的實際配合情況和技術要求，選擇Φ44孔中心軸、下叉臂內側Φ80平面、Φ20H7孔中心軸，作為精基準。這三個基準原本也作為設計基準，符合“基準重合”原則。夾具設計需與此基準一致，特別要注意加工過程中的穩定性，避免因夾持不穩定造成的加工誤差。粗基準選擇主要考慮兩個問題：1）保證加工面與不加工面之間的相互位置精度要求；2）合理分配各加工面的加工余量。對于同時具有加工表面和不加工表面的零件，為了保證不加工表面與加工表面之間的位置精度，應選擇部加工表面作為粗基準。對于具有較多加工表面的工件，選擇粗基準時，應考慮合理分配各加工分配各加工表面的加工余量。綜合以上原則，根據零件設計要求，選擇叉臂外側大平面（非加工面）、Φ40圓端面和Φ20的孔中心軸作為粗基準。3.3.2零件表面精度要求根據零件的設計要求和工況，考慮到經濟性、加工精度、表面粗糙度要求，制定的加工方案如下表3-3。表3-3零件表面加工方案加工表面加工精度等級表面粗糙度/um加工方案Φ44mm圓端面IT11Ra6.3粗銑Φ50J7的孔IT7Ra1.6粗鏜-半精鏜-精鏜Φ40圓端面IT11Ra12.5粗銑Φ80mm圓端面IT7Ra1.6粗銑-半精銑-精銑Φ28圓端面IT7Ra1.6粗銑-半精銑-精銑Φ20H7的孔IT7Ra1.6鉆孔-粗鉸-精鉸左側Φ18的孔IT10Ra3.2粗鉆-精鉆Φ10的孔IT10Ra3.2粗鉆-精鉆3mm圓筒槽IT11Ra12.5粗銑右側Φ18的孔IT10Ra3.2粗鉆-精鉆2個G1/4螺孔IT10Ra3.2鉆孔-攻絲銑M10端面IT10Ra1.6粗銑-半精銑-精銑M10螺紋孔IT10Ra3.2鉆孔-攻絲鉆Φ8的孔IT10Ra2.5粗鉆-精鉆鉆M4的孔IT10Ra2.5鉆孔-攻絲3.3.3加工階段分配根據零件設計要求，動臂座有部分區域加工精度較高，因此應劃分加工階段。按照機械加工原則，此零件加工分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。第一步的粗加工主要是完成精基準的加工，讓后續其他加工可以基于精基準來進行，保證后續加工的精度。隨后，是半精加工，最后是Φ50J7的孔需要精鏜、Φ20H7的孔需要精鉸、Φ80mm圓端面需要精銑。3.3.4工序集中原則零件加工工藝路線采用工序集中原則，小批量生產加工。目的是減少加工過程中因為夾具更換而造成的精度波動及可能帶來的尺寸精度問題，減少裝夾工件輔助時間的消耗，提高生產效率。3.3.5加工工序制定1.機械加工工序1）先基準面后其它：首先安排被選作精基準的表面的加工，再以加工出的精基準為定位基準，安排其它表面的加工。該原則還有另外一層意思，是指精加工前應先修一下精基準。先加工Φ50孔中心軸、下叉臂內側Φ80平面、Φ20H7孔中心軸。2）先粗后精：先安排各表面粗加工，后安排精加工。3）先主后次：主要表面是指零件上的設計基準面和重要工作面。這些表面是決定零件質量的主要因素，對其進行加工是工藝過程的主要內容，因而在確定加工順序時，要首先考慮加工主要表面的工序安排，以保證主要表面的加工精度。在安排好主要表面加工順序后，常常從加工的方便與經濟角度出發，安排次要表面的加工。優先加工Φ40圓端面、Φ20H7的孔。3）先面后孔，在同等條件下，先加工平面再加工孔，避免孔加工產生不必要的垂直度誤差。2.輔助工序孔和面加工完成后安排去毛刺、質量檢查；精加工完成后安排去毛刺和終檢。總的工序過程為：首先基準面加工；其次主要表面的粗加工、半精加工和精加工；最后是重要表面的加工。次要表面加工；輔助工序。3.3.6工藝路線制定前述已介紹加工方法和表面質量要求，如下表3-4為加工工序順序和設備選用情況。表3-4動臂座加工工序及設備選用工序號工序名稱機械設備刀具量具1銑Φ44側端面臥式銑床銑刀游標卡尺2擴Φ44,深87mm的孔至Φ50J7,深90mm臥式鏜床銑刀內徑百分表3銑叉臂外端面立式銑床銑刀游標卡尺4銑叉臂內側配合面臥式銑床銑刀游標卡尺5銑Φ28圓端面立式銑床銑刀游標卡尺6鉆擴鉸Φ20H7的孔（上、下）X535鉆床麻花鉆卡尺、塞規7鉆左側Φ18孔X535鉆床麻花鉆卡尺、塞規8鉆Φ10的光孔X535鉆床麻花鉆卡尺、塞規9銑3mm槽立式銑床銑刀游標卡尺10鉆右側Φ18孔、Φ10的螺紋孔X535鉆床麻花鉆、機用絲錐卡尺、塞規11鉆G1/4螺孔，M10螺紋孔X535鉆床麻花鉆、機用絲錐卡尺、塞規12銑M10端面立式銑床銑刀游標卡尺13鉆M10螺紋孔X535鉆床麻花鉆、機用絲錐卡尺、塞規14鉆Φ8孔X535鉆床麻花鉆——15鉆M4孔X535鉆床麻花鉆、機用絲錐卡尺、塞規16磨圓角R25角磨機白剛玉砂輪R角規17去毛刺、銳邊鉗工臺挫刀——18終檢、入庫鉗工臺————3.4加工余量、尺寸公差制定加工余量是機械加工過程中，將工件待加工表面的多余金屬通過機械加工的方法去除掉，獲得設計要求的加工表面，零件表面預留的需切除掉的金屬層的厚度稱為加工余量。本文以第6道工序為例，介紹設計過程中關于加工余量、尺寸公差的制定。這個孔加工時夾具基準為基座底面，雙叉臂、基座中心孔軸，來加工鉆Φ20H7的孔。加工余量、工序尺寸和公差如下。（1）鉆孔-擴孔-粗鉸-精鉸Φ20的孔查表2-20可得，精鉸余量為Z精鉸=0mm；粗鉸余量為Z粗鉸=0.06mm；；擴孔余量Z擴=0.2mm；鉆孔余量Z鉆=2mm。依據加工經濟精度的要求查閱表1-10可確定各加工精度為：精鉸孔為IT7；粗鉸孔為IT10；擴孔為IT12；鉆孔為IT12。查閱標準公差數值表2-30可得各工步的公差分別為：精鉸孔為0.021mm；粗鉸孔為0.084mm；擴孔為0.21mm；鉆孔為0.21mm。綜上所述，各工步的工序尺寸及其公差分別為：精鉸孔工序尺寸d4=Ф20+0.021mm；粗鉸孔工序尺寸d3=Ф19.94+0.084mm；擴孔工序尺寸d2=Ф19.8+0.21mm；鉆孔工序尺寸d1=Ф18+0.21mm，他們之間的加工關系如圖3-5Φ20的孔示意圖。圖3-5Φ20的孔示意圖3.5切削用量計算和加工工時核算3.5.1切削用量計算延續上節思路，繼續以第6道工序來計算切削用量鉆孔-擴孔-粗鉸-精鉸Φ20的孔（1）鉆孔a.確定被吃刀量：ap=Z鉆/2=2/2=1mmb.確定進給量：查表5-22、表4-22，選取切削速度，可選取加工該零件時，每轉進給量f=0.2mm/r。c.計算切削速度；查詢表5-22，選取切削速度為v=42m/min。可求得此鉆頭的轉動速度為n=v（2）擴孔a.確定被吃刀量：ap=Z鉆/2=0.2/2=0.1mmb.確定進給量：查表5-22、表4-22，選取切削速度，可選取加工該零件時，每轉進給量f=1mm/r。c.計算切削速度；查詢表5-22，選取切削速度為v=42m/min。可求得此鉆頭的轉動速度為n=v（3）粗鉸a.確定被吃刀量：ap=Z鉆/2=0.06/2=0.03mmb.確定進給量：查表5-22、表4-22，選取切削速度，可選取加工該零件時，每轉進給量f=0.025mm/r。c.計算切削速度；查詢表5-22，選取切削速度為v=47m/min。可求得此鉆頭的轉動速度為n=v（4）精鉸a.確定被吃刀量：ap=Z鉆/2=0.01/2=0.005mmb.確定進給量：查表5-22、表4-22，選取切削速度，可選取加工該零件時，每轉進給量f=0.025mm/r。c.計算切削速度；查詢表5-22，選取切削速度為v=47m/min。可求得此鉆頭的轉動速度為n=v3.5.2加工工時核算Ф20H7孔加工的基本時間tj和輔助時間tfa.鉆孔的基本時間tj和輔助時間tf鉆孔的基本時間由該公式tj=L/nf=(I+I1+I2)/nf求出。且式中I=60mm,I2取值1mm，I1=D2cotKrb.擴孔的基本時間tj和輔助時間tf擴孔的基本時間由該公式tj=L/nf=(I+I1+I2)/nf求出。且式中I=60mm,I2取值1mm，I1=D?d2cotKrc.粗鉸的基本時間tj和輔助時間tf粗鉸的基本時間由該公式tj=L/nf=(I+I1+I2)/nf求出。且式中I=60mm,查表知I2取值10mm，I1取值1.15mm，f=0.25mm/r，n=120r/min。將以上數據代入公式，得該工步基本時間為tj=(60+10+1.15)/(0.25×120)min≈2.37min=142.2s。輔助時間取基本時間的15%，即tf=0.15×142.2=21.33s。d.精鉸的基本時間tj和輔助時間tf精鉸的基本時間由該公式tj=L/nf=(I+I1+I2)/nf求出。且式中I=60mm,查表知I2取值10mm，I1取值1.15mm，f=0.25mm/r，n=100r/min。將以上數據代入公式，得該工步基本時間為tj=(60+10+1.15)/(0.25×100)min≈2.846min=170.76s。輔助時間取基本時間的15%，即tf=0.15×170.76=25.6s。3.5.3第6道工序jia工工序卡片綜合以上計算歸納結果，繪制第6道工序卡片如下表3-5。表3-5加工工序卡片

第四章鉆孔柔性夾具設計4.1夾具類型選擇夾具按應用范圍分為通用夾具、專用機床夾具、組合夾具、柔性夾具、隨行夾具等，按機床類型分為車床夾具、鉆床夾具、銑床夾具、鏜床夾具等，按動力源可分為手動夾具、氣動夾具、電控自動夾具等。專用夾具是針對某一工序設計的夾具，具有定位準確的特點，但是制造成本較高，而針對實際零件加工，由于零件形狀的不規則性，往往設計的夾具為專用夾具。柔性夾具是為加工相似零件組而設計的加工定位夾具，當加工同組中其他零件時，只需要對夾具定位單元進行調整或者更換即可完成不同零件的定位夾緊，具備一定的柔性加工能力，適用于多品種、中小批量生產能有效降低同類型零件夾具的制造成本。根據焊鉗動臂座不同型號的動臂座結構、尺寸和工藝路線具有相似性，且零件加工屬于中小批量生產的性質。又因為本課題組涉及的不同尺寸的動臂座均需要鉆φ20的孔，考慮到成本的最小化，因此針對動臂φ20鉆孔工藝設計手動專用成組夾具。4.2專用柔性夾具設計原則本次畢業設計設計的成組夾具，既可用于單個零件的鉆孔工藝加工，即專用性；夾具定位單元切換后，還可用于同組內其他不同尺寸零件的鉆孔工藝加工，即具備一定的通用性。夾具包括基板，固定定位單元，切換定位單元。通過設計不同的切換單元，夾具就具備相應的定位能力，可以定位加工不同的零件。1.設計遵循原則①.滿足零件的各項技術要求結合零件的定位信息要求，制定夾具定位方案，即夾緊控制點。合理設計刀具的導向方式，使得加工過程精度穩定可靠。結合工藝過程和尺寸鏈，分析誤差，判斷加工誤差是否滿足精度要求。②.兼顧生產效率與制造成本在滿足生產要求的前提下，盡量減少工件裝夾次數，減少非增值時間。夾具設計過程中，盡量減少氣缸的使用，簡化結構，盡量降低制造成本。③.盡量使用通用標準件夾具設計過程中，通用標準件的采用可以降低設計工作量、減少夾具制造周期時間，一定程度上提高夾具的質量設計。同時為后期設備的維護和調整帶來便利，標準件的采購價同比更低，降低維護成本。④.夾具具有良好的人機工程夾具分為手動夾緊在設計過程中，要考慮到人機工程，提高使用便利性且避免使用帶來安全風險。⑤.夾具具備良好的可制造性一套成熟的夾緊設計，必須有利于設計方案評審、裝配制造、檢驗維護、易操作，結構上要考慮到是否具備良好的可制造性。2.設計過程（1）確定設計要點，查詢準備材料，研究分析機構自由度（2）夾具結構設計方案確定（3）繪制夾具零件3D圖、2D圖（4）繪制夾具裝配草圖及裝配圖（5）出具夾具裝配圖2D圖，標注相關尺寸、配合及公差要求（6）出具非標準零件的零件圖，用于指導非標準件加工制造4.3專用柔性夾具設計4.3.1設計對象工藝過程要求本文設計的成組夾具是以兩個φ20鉆孔工序為對象，以此來介紹鉆孔工序的柔性化夾具設計思想，為工業應用實踐提供支持。工序內容為：鉆孔、擴孔、粗鉸和精鉸Φ20H7。夾具設計過程中，要求本工序完成2個孔的加工，同軸線的兩端孔能一次鉆出，同時能夠滿足工序的加工制造精度要求；即一次裝夾、兩次鉆孔、四個孔成型。本道工序兩個孔加工尺寸如圖4-1Φ20H7孔尺寸位置圖。兩個孔之間的相對位置精度180±0.1。圖4-1Φ20H7孔尺寸位置圖4.3.2專用成組夾具定位方案確定夾具的作用是保證零件在夾具的相對位置固定，通過夾具安裝保證零件相對機床及刀具具有精確的位置，從而實現加工工藝，保證加工精度。在設計夾具時要盡量減少夾具制造誤差帶來的零件加工精度偏差。零件在夾具體上有六個自由度都需要被限制，首先約束三個自由度，再加一個基準約束2個自由度，再來一個基準約束一個自由度，一般采用兩個定位銷加定位面的原則，對零件完成定位，約束6個自由度。圖4-2方案夾緊定位示意圖分析零件上孔數量，結合零件加工流程，可得動臂座在鉆2個Φ20H7孔前，只有一個端面的大圓孔可以用于精定位。端面孔與2個Φ20H7孔呈100°，其做為定位能有效的空出零件加工空間。為了避免零件加工過程中重新裝夾，盡量使用一次性定位。定位方案為針對零件端孔位置采用一個定位銷軸限制零件X、Y、Z三個自由度，在增加夾緊單元限制零件的X、Z自由度。在鉆孔底面設置套筒支撐同時兼具鉆孔導向及排屑的功能，在零件上端平坦部增加一個壓緊防止零件在加工過程中移動限制零件Y的自由度。則零件的六個方向自由度都被限制，定位方案如圖4-2定位夾緊示意圖.針對不同尺寸的動臂座鉆孔工藝，采用定位銷軸增加定位套筒的定位方案，完成對同組不同端孔直徑零件的定位。本設計主要涉及Φ40、Φ45、Φ50三種端孔直徑，故采用Φ40的定位銷軸，分別增加對應的套筒完成對Φ45、Φ50兩種直徑端孔的定位。考慮同軸線上下兩個孔一次鉆取時，刀具跳動對加工精度影響，在鉆孔位置設計鉆套。綜合以上方案，可以看出零件的六個方向自由度都被限制，零件在夾具體上有相對精確的位置。通過套筒切換實現夾具對不同尺寸零件的柔性定位，通過鉆套使鉆孔同軸精度得到保證。4.3.3專用成組夾具單元設計①定位銷軸的設計，按照定位方案，端孔采用圓孔加端面組合定位，則定位銷軸應該有支撐面，根據JB/T8014.3-1999選擇A型定位銷進行設計，采用螺母緊固在夾具連接塊上。根據文獻[2鄒青]設計指導教程表8-9選擇定位套筒尺寸為45mm，則設計銷軸定位有效長度為45mm。②支撐夾緊單元的設計，按照定位方案，針對不同的零件應該實現快速夾緊，考慮到動臂座鑄造出來的表面為粗基準面，根據文獻[2]設計指導教程選擇可調支撐座。每加工一批零件，根據粗基準的位置變化，調整支撐位置并緊固，以保證加工表面的位置尺寸。考慮壓緊面位置尺寸的不一致，又螺柱鎖緊具有行程調節可控的特性，本文設計簡易的落在擰緊壓緊裝置。③鉆套選擇，根據文獻[2]設計指導教程表9-7，選擇固定式鉆套，以保持必需的引導作用。鉆套高度H與孔精度、材料性能、孔的加工深度等因素有關，查表9-8、9-13得J7的孔，鉆套高度H=（1.5～2）*d,則鉆套高度計算如下。鉆Ф20孔：H=32.5mm～40mm，選取H=36mm。排屑間隙h選定：鉆套底部平面與工件加工平面之間最小的距離h即為排屑間隙。查表9-13知，銅的h=（0.7～1.5）d，排屑間隙在14～30之間，則選擇排屑間隙14mm。4.3.4專用成組夾具誤差分析定位誤差?dw主要由于定位的基準不重合誤差?jb和定位基準位移誤差?本工序涉及兩個Φ20孔的加工，根據零件在焊鉗上的裝配來看，兩個孔與夾具采用定位端孔之間尺寸精度要求較低，而兩個孔之間的尺寸精度要求較高及每個孔的同軸度要求較高，兩孔間需要較高的位置精度關系及每孔具有較高的同軸度以保證裝配及使用的流暢。而在鉆床的加工中一般會涉及對刀裝置其公差為相應尺寸公差的1/5～1/2，滿足加工基準要求。本設計工序基準與定位基準完全一致，如不考慮定位機構制造精度，Φ20孔的垂直度公差與定位基準完全重合，?jb=0。因為使用了圓銷的定位機構，根據鄒青主編的機械制造技術基礎，查表8-8得Ф40的銷軸安裝精度-0.011，Ф50定位襯套內徑精度+0.025，外徑精度+0.033，則定位基準位移誤差?jw=0.011+0.033=0.044，小于該工序尺寸制造公差0.16的1/3，證明方案可行。Ф20孔的加工精度在完成對刀后主要由加工設備和刀具精度保證，其公差為相應尺寸公差的1/5根據加工各孔的要求，Ф20鉆孔導向板與Ф20孔軸線垂直，垂直度公差要求不超0.01。鉆套中心線對夾具底面垂直度為0.02。鉆套軸線底座定位支撐面有平行度0.02。4.3.5夾緊方案確定與夾緊力計算1、夾緊機構設計夾緊采用了螺栓擰緊的方式。夾緊裝置由帶有導向的圓銷、壓桿，限位塊、導向板、支撐螺母、支撐塊組成。夾緊過程為：先將零件放置在支撐螺母和支撐塊上，將其緊貼限位塊，帶有導向的圓銷通過旋轉機構將旋轉運動轉換為直線運動，將零件頂死。最后，旋轉壓桿螺母將零件頂死。加工結束后松開壓桿，圓銷后退，取出完工后的零件。該夾緊裝置優點在于簡便有效，將定位夾緊有效結合，以簡單裝置實現與工件的接觸和分離。旋轉螺母機構的使用，有效消除因夾具松動造成的加工誤差，穩定可靠。2、夾緊力的計算夾緊力的計算過程中，假設夾緊裝置和工件是一個剛性的系統。鉆削加工的作用力可分為切削力矩和軸向切削力。在本道工序中軸向切削力和夾緊力方向垂直，所以計算時無需計算軸向的夾緊力。為了確保夾緊的可靠性，應該在理論夾緊力的基礎上一個安全系數作為實際夾緊作用力，保留冗余能力。M實際=M理論×K因鉆孔為粗加工，所以安全系數K取2.7。查詢機械設計手冊可知，表1-2-7有：M=0.12×D2×S0.8根據實際工況和尺寸，查表可知K鉆Ф20孔的孔，夾緊力分別為：M將上述數值代入公式4-1,則M實際=2.7×15.6=根據夾緊力計算公式，計算得夾緊力如下：W=P×L/d0/2tg(α+φ1以上公式中：P為原始作用力（N）L為作用力臂（mm）d0α為螺紋升角（°）φ1為螺紋處摩擦角φ2為螺桿端部與工件摩擦角根據設計條件可知，P=10N；L為50；d0=18.75；α=2°W=11.46N夾緊作用力到鉆孔中心點距離：L20=12.6mm則夾緊力矩分別為：M20=W×L20=11.46×根據以上計算結果，可知M20>M4.3.6確定夾具尺寸、配合及其他技術要求a.根據加工各孔的要求，Ф20鉆孔導向板與Ф20孔軸線垂直，垂直度公差要求不超0.01。b.鉆套中心線對夾具底面垂直度為0.02。c.鉆套軸線底座定位支撐面有平行度0.024.4專用成組夾具裝配及部分零件3D圖成組夾具中所有零件和裝配使用DELMIA軟件輔助設計，裝配圖和機構爆炸圖清晰展示機構整體和局部情況，方便廠家審圖。圖4-4夾具裝配3D圖4-5夾具爆炸圖圖4-6夾具零件3D圖5.柔性夾具的運動仿真及有限元分析5.1基于PROE的柔性夾具運動仿真5.1.1設計運動過程本夾具的設計是針對XP型、XM型、XL型三種動臂座零件，運動仿真就要求實現三個零件的拆裝過程。5.1.25.2基于PROE的柔性夾具的有限元分析5.2.1分析對象夾具中的鉆模板均為固端梁結構，兩端均為固定端。在受力時極有可能產生彎曲變形和力矩。這里主要的受力來自于鉆孔時鉆孔時鉆頭偏離導向鉆套，直接作用在鉆模板上，對鉆模板產生作用。這里考慮的是瞬時作用情況。受力圖如圖5-所示。圖5-受力圖5.2.2鉆孔軸向力的計算該道工序所選用的加工機床為立式鉆床Z535，查閱相關參數可知該鉆床最大軸向作用力為F鉆F=309df0.8kP以上公式中：d為鉆頭直徑（mm）f為每轉進給量（mm）kp在這里k鉆Ф20孔用鉆孔軸向力。F5.2.3結果分析鉆Ф20孔時，取最壞可能即假設作用力直接作用在鉆模板上，其位移、受力和反作用力分布情況如下圖。且鉆模板材料選取HT200，工作時承受的最大應力要求小于29.4MPa，最低的抗拉強度為200MPa，由圖5-可看出所受應力最大的地方是靠近內六角螺釘，且大小只有15.69MPa,不會對工件造成破壞。且這種壓力的設置是最壞情況下的，正常加工情況下，鉆頭的軸向作用力只有極少部分作用在鉆模板上。鉆模板是鉆孔時支持導向件的關鍵零件，要確保其不受破壞。在加工的整個操作過程中，一旦將切削力直接作用在鉆模板上，雖然不會對鉆模板材料結構造成破壞，但是對其也是會造成一定變形影響的。所以關鍵在于夾具用于工作中時，操作人員能夠正確的操作鉆床，從主觀上避免對鉆模板的破壞。第六章設計總結畢業設計的時間說長也長，說短也短，這段時間是無比充實的。在這段忙碌的時間中不斷地充實自己，提升自己的思考能力。在這段時間中，我學會的不僅僅是幾種設計方法，更是磨練了我設計是的心性。我是個容易急躁的人，在這次設計中，更是鍛煉了我，讓我學會冷靜的去思考和實踐。畢業設計中，我努利秉持著腳踏實地，做事認真的態度去完成這次設計。文中的公式、表格、數據等都是可以查找到的，主要來源于我們平時的課本以及一些和機械相關的書籍，比如《機械制造技術基礎課程設計指導教程》和《機械設計手冊》等等。在經過三個多月的努力后，終于保質保量的完成了本次的夾具設計。其實整個設計所要求的內容很多，需要繪制三維、二維圖，還需要完成說明書的撰寫，還有計算等等，整個過程下來，有思路不清晰的時候，但都在老師那里得到了解答，并明白自己下一步需要做什么，如何去做。總的來說不算一帆風順，尤其是流程圖的繪制以及運動仿真。流程圖需要不斷地修改，尤其需要注意很多順序還有定位、夾緊。整個畢業設計中，流程圖就改了好幾版，每次更改都需要調整順序、修圖等等，花費的時間是很長的，最后完成的時候又非常的激動，很有成就感。而運動仿真，說實話，上課的時候，老師并沒有重點講解，加上離學習三維軟件課程的時間有點長，所以基本上是從零開始的。從查閱資料、觀看課程視頻到自己實際操作，花費了好幾天的時間，這個過程開始時很茫然，而且看起來就很麻煩，但后來自己知到如何操作之后，又是滿滿的成就感。這是大學四年的最后的一段時光，也是最后的一個設計。而這最后一個設計，不僅加深了對機械專業的設計這一概念的了解，而且自身的操作能力也有了一定的提升，從設計開始到最后結束都不能急躁，要樂觀一點，不能輕易的被負能量影響了自己。而整個設計中，用的最多的就是PROE和CAD了，從三維建模到導出二維圖紙，基本上每一步都需要用到這兩個軟件，通過這三個多月的使用，我對這兩個軟件的應用更加得心應手了，這應該就是所謂的熟能生巧吧。其實在設計中，PROE起到的作用可能更大一寫，因為更多時間我是用在三維建模上，二維圖更多是由三維圖導出的。這也變相的加快了一些進度，當然就整體時間而言還是沒有很快，因同組的同學所用的三維軟件都不同，也就很多時候還是有些許的不方便的。其他的功能都相對而言非常熟悉了，可是對于運動仿真和有限元分析這一塊我是真的不算了解，所以這一塊還是花了很多功夫的。針對運動仿真，我主要經過網上查找課程視頻以及翻閱相關書籍，花了幾天時間來學習，我很高興最后還是通過了老師的核查。當然我目前掌握的都是皮毛，除了PROE，還有一些其他的三維軟件需要我學習，例如UG、SOLIDWORKS等。還有就是工藝流程圖的繪制。因為以前的課程設計如果要用電腦繪圖的話，大多時候會運用CAD，所以相比較PROE，我更加熟悉CAD，但如果只用CAD來完成工藝流程圖的話，實在是太費時間的，所以還是需要PROE的幫助，將PROE的三維圖導出，雖然這個過程比在CAD中畫圖會稍稍節約一些時間，但總的來說還是非常麻煩的。首先要確定視圖，二維圖就是要把結構